20m^3-氮气储罐设计.doc

太原科技大学过程设备设计 论文 I 课 程 设 计 任 务 书 1 设计目的 1 使用国家最新压力容器标准 规范进行设计 掌握典型过程设备设计的全过程 2 掌握查阅 综合分析文献资料的能力 进行设计方法和方案的可行性研究和论 证 3 掌握电算设计计算 要求设计思路清晰 计算数据准确 可靠 且正确掌握计 算机操作和专业软件的使用 4 掌握工程图纸的计算机绘图 2 设计内容和要求 包括原始数据 技术参数 条件 设计要求等 1 原始数据 设计条件表 序号项 目数 值单 位备 注 1名 称氮气储罐 2用 途氮气储配站 3最高工作压力2 5MPa由介质温度确定 4工作温度 20 48 5公称容积 Vg 20 M3 6工作压力波动情况可不考虑 7装量系数 V 0 9 8工作介质氮气 9使用地点室外 10安装与地基要求储罐底壁坡度0 01 0 02 11其它要求 管口表 接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称 A80HG20592 1997MFM物料进管 B80HG T21514 2005MFM物料出管 C80HG20592 1997MFM安全阀接口 D80HG20592 1997MFM排污管 E80HG20592 1997MFM放气管 F28HG20592 1997MFM温度计接口 G28HG20592 1997MFM压力表接口 H450HG20592 1997MFM人孔 太原科技大学过程设备设计 论文 II 课 程 设 计 任 务 书 2 设计内容 1 设备工艺 结构设计 2 设备强度计算与校核 3 技术条件编制 4 绘制设备总装配图 5 编制设计说明书 3 设计工作任务及工作量的要求 包括课程设计计算说明书 论文 图纸 实物样品等 1 设计说明书 主要内容包括 封面 设计任务书 目录 设计方案的分析和拟定 各部分结构尺 寸的设计计算和确定 设计总结 参考文献等 2 总装配图 设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定 图面布置要 合理 结构表达要清楚 正确 图面要整洁 文字书写采用仿宋体 内容要详尽 图纸 采用计算机绘制 太原科技大学过程设备设计 论文 III 课 程 设 计 任 务 书 4 主要参考文献 1 国家质量技术监督局 GB150 1998 钢制压力容器 中国标准出版社 1998 2 国家质量技术监督局 压力容器安全技术监察规程 中国劳动社会保障出版社 1999 3 全国化工设备设计技术中心站 化工设备图样技术要求 2000 11 4 郑津洋 董其伍 桑芝富 过程设备设计 化学工业出版社 2001 5 黄振仁 魏新利 过程装备成套技术设计指南 化学工业出版社 2002 6 国家医药管理局上海医药设计院 化工工艺设计手册 化学工业出版社 1996 7 蔡纪宁主编 化工设备机械基础课程设计指导书 化学工业出版社 2003 年 5 设计成果形式及要求 1 完成课程设计说明书一份 2 草图一张 A1 图纸一张 3 总装配图一张 A1 图纸一张 系主任审查意见 签字 年 月 日 太原科技大学过程设备设计 论文 IV 前 言 本设计是针对 过程设备设计 这门课程所安排的一次课程设计 是对这 门课程的一次总结 要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计 本设计的物料为氮气 它是一种无色无味气体 氮气作为一种重要的化工 原料 应用广泛于氨氮的生产制造 分子式 N 密度 1 25g L 熔点 63K 沸点 75K 临界温度 126K 氮气通常不易燃烧且不支持燃烧 化学性质很稳定 常 温下很难跟其他物质发生反应 但在高温 高能量条件下可与某些物质发生化 学变化 用来制取对人类有用的新物质 设计基本思路 本设计综合考虑环境条件 介质的理化性质等因素 结合 给定的工艺参数 按容器的选材 壁厚计算 强度核算 附件选择 焊缝标准 的设计顺序 分别对储罐的筒体 封头 接管 管法兰 人孔接管 人孔接管 补强 液位计 鞍座 焊接形式进行了设计和选择 设备的选择大都有相应的 执行标准 设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件 也有一些设 备没有相应标准 则选择合适的非标设备 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准 这样让设计有章可 循 并考虑到结构方面的要求 合理地进行设计 太原科技大学过程设备设计 论文 V 目 录 1 工艺设计 1 1 1 存储量 1 1 2 设备的选型及轮廓尺寸 1 2 筒体及封头设计 2 2 1 筒体材料设计 2 2 2 圆筒设计 2 2 3 封头厚度 2 3 接管 法兰 垫片和螺栓的选择 2 3 1 接管和法兰 2 3 2 垫片的选择 2 3 3 螺栓 螺柱 的选择 2 3 4 人孔的选取 2 3 5 人孔补强圈设计 2 4 容器支座 2 4 1 制作所承受最大载荷 2 4 2 鞍座选择 2 4 3 支座的位置 2 4 4 焊接机构设计 2 5 附件选择 2 6 整体布局 2 7 强度校核 2 结束语 2 参考文献 2 太原科技大学过程设备设计 论文 1 1 工艺设计 1 1 存储量 盛装氮气的压力容器设计存储量 W V t 式中 W 存储量 t 装量系数 V 压力容器容积 t 设计温度下的饱和溶液的密度 t m3 已知压力容器的工作温度是 20 48 取设计温度为 50 设计压力 Pc 2 5MPa 由气体状态方程 PV nRT 得 PM RT 查得 标准状况下氮气的密度 0 1 251 kg m3 设计温度下的密度 0Pc P0 T0 T 26 094 kg m3 根据设计条件 W V t 0 9 20 26 094 469 692kg 1 2 设备的选型及轮廓尺寸 粗略计算内径 L 20m3 2 D 4 i 取 L D 4 得 Di 1853mm 圆整为 1900mm 根据氮气的性质及设计条件 选用卧式椭圆形封头容器 就力学性能而言 半球形封头效果较好 但是冲压工艺较难 不易成型 根据 JB T 4737 1995 选用 EHA 椭圆形封头 公称直径 DN mm 曲面高度 h mm 1 直边高度 h mm 2 内表面积 A m 2 容积 V m 3 1900500254 06240 9687 太原科技大学过程设备设计 论文 2 图 1 1 椭圆形封头 压力容器体积 V 2V 封头 D L 20m3 4 2 i 得 L 5750mm 圆整得 L 6000mm V实 2V封头 L 2 0 9687 1 926 20 79m3 2 D 4 i 4 100 4 5 可得 L 6800mm V VV 实 综上所述 筒体的公称直径为 Di 1900mm 长度 L 6800mm 太原科技大学过程设备设计 论文 3 2 筒体及封头设计 2 1 筒体材料设计 设计压力 工作温度 20 48 aMPcP5 2 根据 GB6654 选用 16MnR 热轧钢 2 2 圆筒设计 材料许用应力表得 16MnR 的 163MPa t 16 mm36 由 钢制压力容器的焊接接头系数值 表 选择双面焊对接接头无损检测 比例为 100 所以 1 00 14 68mm c t ic 2P DP 取腐蚀裕度 负偏差mmC2 2 mmC30 0 1 设计厚度 mmC d 68 16268 14 2 名义厚度mmC dn 18 1 圆整 根据 钢材标准规格 GB709 88 得 名义厚度为 18mm 检查 没有变化 故取名义厚度 18mm 合适mm n 18 t 2 3 封头厚度 标准椭圆形封头形状系数 k 1 mm P DKP 63 14 c t ic 5 0 2 取腐蚀裕量 负偏差mm2C2 mmC30 0 1 设计厚度 mmC d 63 16 2 名义厚度 mmC dn 18 1 圆整 据 JB T 4737 1995 知 18mm n 检查 没有变化 故取名义厚度 18mm 合适mm n 18 t 太原科技大学过程设备设计 论文 4 3 接管 法兰 垫片和螺栓的选择 3 1 接管和法兰 氮气储罐应设置排污口 物料进口 物料出口 人孔 温度计口 压力表 口 安全阀口 放空口 法兰公称压取 aN MPP0 4 根据 压力容器与化工设备实用手册 a 时 可选接管公称通 aN MPP0 4 径 DN 80mm 根据设计压力 MpaP c 5 2 查 HG T 20592 97 钢制管法兰 表 4 4 选用 PN 4 0MPa 带颈平焊法兰 SO 由介质特性和使用工况 查密封面型式 的选用 表 3 0 2 选择密封面型式为凹凸面 MFM 压力等级为 1 0 4 0MPa 接管法兰材料选用 16MnR 根据各接管公称通径 查表 4 4 得各 法兰的尺寸 图 3 1 带颈平焊钢制管法兰 表 3 1 法兰尺寸 连接尺寸 法兰内 径 B1 序 号 名称 公 称 通 径 DN 钢管 外 径 B 法兰 外径 D 螺栓 孔中 心圆 直径 K 螺栓 孔直 径 L 螺栓 孔数 量 n 螺栓 Th 法兰 厚度 C 法兰 高度 H 法兰颈 B 系列 坡口 宽度 b 法兰 理论 质量 kg 太原科技大学过程设备设计 论文 5 A 物料 入口 8089200160188M1624401189164 86 B 物料 出口 8089200160188M1624401189164 86 C 安全 阀口 8089200160188M1624401189164 86 D 排污 口 8089200160188M1624401189164 86 E 放空 口 8089200160188M1624401189164 86 F 温度 计口 283210575144M121626452641 03 G 压力 表口 283210575144M121626452641 03 接管外径的选用以 B 国内沿用系列 公制管 为准 对于公称压力 0 25 PN 25MPa 的接管 查 压力容器与化工设备实用手册 普通无缝钢管 选材料为 16MnR 对应的管子尺寸如下如表 表 3 2 管子尺寸 序号名称公称直径管子外径数量管口伸 出量 管子壁厚伸长量质 量 kg A物料进管80891150154 106 B物料出管80891150154 106 C安全阀管80891150154 106 D排污管80891150154 106 E放气管80891150154 106 F温度计管2832110080 474 G压力表管2832110080 474 3 2 垫片的选择 查 钢制管法兰 垫片 紧固件 表 4 0 2 3 凹凸面法兰用 MFM 型垫片尺 寸 根据设计压力为 Pc 2 5MPa 采用金属包覆垫片 选择法兰的密封面均采 太原科技大学过程设备设计 论文 6 用 MFM 凹凸面密封 金属材料为纯铝板 L3 标准为 GB T 3880 最高工作温 度 200 最大硬度 40HB 填充材料为非石棉纤维橡胶板 代号为 NAS 最 高工作温度为 290 得对应垫片尺寸如表 图 3 2 凹凸面型垫片 表 3 3 垫片尺寸 序号名称公称直径 DN mm 内径 D1 mm 外径 D2 mm 厚度 mm A物料进管801201423 B物料出管801201423 C安全阀管801201423 D排污管801201423 E放气管801201423 F温度计管2845 5613 G压力表管2845 5613 3 3 螺栓 螺柱 的选择 根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷 选择合适的螺柱材料 计算螺栓 直径与个数 按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸 选择螺栓材料为 Q345 查 钢制管法兰 垫片 紧固件 中表 5 0 07 9 和附录中标 A 0 1 得螺柱 的长度和平垫圈尺寸 太原科技大学过程设备设计 论文 7 图 3 4 双头螺柱 图 3 5 螺母 表 3 4 螺栓及垫圈尺寸 紧固件用平垫圈 mm序号名称 公称直径螺纹螺柱长 d1d2h A物料进管80M127513242 5 B物料出管80M1610017303 C安全阀管80M1610017303 D排污管80M1610017303 E放气管80M1610017303 F温度计管32M1610017303 G压力表管32M1610017303 3 4 人孔的选取 查 压力容器与化工设备实用手册 因筒体长度 7600mm 6000mm 需开 两个人孔 可选回转盖带颈对焊法兰人孔 由使用地为太原市室外 确定人孔的公称直径 DN 450mm 以方便工作人 员的进入检修 配套法兰与上面的法兰类型相同 根据 HG T 21518 2005 回 太原科技大学过程设备设计 论文 8 转盖带颈对焊法兰人孔 查表 3 1 由 PN 4 0MPa 选用凹凸面的密封形式 MFM 采用 8 8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接 其明细尺寸见下图 图 4 1 回转盖带颈对焊法兰人孔 表 4 1 人孔尺寸表 密封面 型式 凹凸面 MFM D685 1 b 55 0 d 30 公称压 力 PN MPa 4 0 1 D 610 2 b 57螺柱数量20 公称直 径 DN 450 1 H 270A390螺母数量40 w ds 14480 2 H 127B175螺柱尺寸190336 M d451 6b57L250总质量 kg278 太原科技大学过程设备设计 论文 9 3 5 人孔补强圈设计 图 4 2 补强圈 3 5 1 设计方法判别 按 HG T 21518 2005 选用回转盖带颈对焊法兰人孔 设 厚度附加量 C 2mm 开孔直径 D Di 2C 450 4 504mm 则 1900 3 633mm 3 D i D 故可以采用等面积法进行开孔补强计算 接管材料选用 16MnR 钢 其许用应力 a t MP163 根据 GB150 1998 中 1 2 ret fdA 其中 壳体开孔处的计算厚度mm68 14 接管的有效厚度mmcc ntet 12214 21 强度削弱系数 1 163 163 r r n r f 则 2 72 666468 14454mmA 3 5 2 补强范围 3 5 2 1 补强有效宽度 B 的确定 按 GB150 中有 mmdB90845422 1 mmdB ntn 51814218245422 2 mmBBB908 max 21 3 5 2 2 有效高度的确定 外侧有效高度的确定 1 h 太原科技大学过程设备设计 论文 10 根据 GB150 1998 中式 8 9 得 mmdh nt 725 7914454 1 mmHh300 1 1 接管实际外伸高度 mmhhh725 79 min 2 11 内侧有效高度的确定 2 h 根据 GB150 1998 中式 8 9 得 4 9018454 2 nt dh 0 2 h 222 min 0hhh 3 5 2 3 有效补强面积 根据 GB150 中式 8 10 式 8 13 Ae A1 A2 A3 分别计算如下 3 5 2 3 1 筒体多余面积 1 A 2 1 28 59968 14 16454 908 1 2 mmfdBA reete 3 5 2 3 1 1 管的多余面积 接管厚度 mm P dP c t n ic t 33 3 5 211702 4505 2 2 2 2212 3448 1382 478 3 12 72 792 2 2mmfChfhA retrtet 3 5 2 3 1 2 焊缝金属截面积 焊角取 6 0mm 22 3 1 6236 2 Amm 3 5 2 3 2 补强面积 Ae A1 A2 A3 599 28 1382 3488 36 2017 6248mm2 因为 Ae A 4772 88mm2 所以开孔需另行补强 A4 A Ae 6664 72 2017 6248 4647 1mm2 3 5 2 3 3 补强圈设计 太原科技大学过程设备设计 论文 11 根据 DN450 取补强圈外径 因为 B 所以在有效补强范 760mmD D 围 补强圈内径 mmd482 3 5 2 3 4 补强圈厚度 A4 16 72mm 圆整取名义厚度为 18mm t dD 根据 GB 150 JB T4736 2002 补强圈焊接形式 D 型 D1 d0 6 12 表 4 2 补强圈补强及附件的选择 接管公称直径 DN mm外径 D2内径 D1 厚度 e 1 5 n 重量 Kg 4507604821836 3 图 4 3 补强圈 太原科技大学过程设备设计 论文 12 4 容器支座 4 1 制作所承受最大载荷 54321 2mmmmmm 其中 为筒体质量 1 m kgm44 5789 1 为封头质量 2 m kgm37 582 2 为全部法兰及附件质量 3 m kgm248 71 3 人孔质量 4 mkgm265 4 水压试验时水重 5 m kgVm21217 5 水实际 则kgm428 2850721217265248 7137 582244 5789 总载荷NNmgQk28 27971 27928279684 9428 28507 kNkNQQ64 13928 279 2 1 2 1 每个鞍座的重量 4 2 鞍座选择 由 容器支座 JB T 4712 1 2007 Q 139 64kNmmDg1900 选取轻型 A 型 鞍式支座 DN 1900mm 如图 图 5 1 鞍式支座 太原科技大学过程设备设计 论文 13 表 5 1 鞍座的结构尺寸 公称直径DN1900腹板 2 10b4430 允许载荷Q kN295 l3315 4 10 鞍座高度h250b2190 垫板 e80 l11360b3260螺栓间距l21200 b1220 筋板 3 8螺孔 孔长D l24 40底板 1 12弧长2330重量kg160 标记 JB T 4712 1 2007 支座 A 2000 F JB T 4712 1 2007 支座 A 2000 S 4 3 支座的位置 因为鞍座位置的要求为 A 0 2L 1360mm 并尽量使 A 0 5R 综合考 虑选择 A 484mm 4 4 焊接机构设计 4 4 1 焊接接头设计 4 4 1 1 筒体 封头与筒体的焊接形式 由于筒体 封头与筒体焊接为 A 类 B 类 所以才用对接接头 对接接头特点 受热均匀 受力对称 便于无损检测 焊接质量容易 得到保证 4 4 1 2 管材与筒体 封头焊接 采用带补强圈的角焊接 4 4 1 3 管材与法兰相连接 采用无补强圈的角焊接 4 4 2 坡口形式 4 4 2 1 筒体 筒体与封头采用双 V 形坡口 4 4 2 2 接管与筒体 太原科技大学过程设备设计 论文 14 4 4 2 3 接管与法兰 4 4 2 4 焊条的选择 表 5 1 焊条型号及牌号 JB T 4709 2007 接头母材焊条型号焊条牌号 16MnR 16MnRE5016J506 太原科技大学过程设备设计 论文 15 5 附件选择 安全阀的选择 由操作压力决定安全阀的公称压力 由操作温度决定安全阀的使用温 度范围 所以由本设计的温度 压力 介质等基本参数选用弹簧封闭式安全阀 CA41H 25 图 6 1 安全阀 太原科技大学过程设备设计 论文 16 6 整体布局 太原科技大学过程设备设计 论文 17 7 强度校核 钢制卧式容器钢制卧式容器计算单位太原科技大学太原科技大学 计计 算算 条条 件件 简简 图图 设计压力 p2 5MPa 设计温度 t50 筒体材料名称16MnR 热轧热轧 封头材料名称16MnR 热轧热轧 封头型式椭圆形椭圆形 筒体内直径Di 1900mm 筒体长度 L6800mm 筒体名义厚度 n18mm 支座垫板名义厚度 rn10mm 筒体厚度附加量 C2mm 腐蚀裕量 C12mm 筒体焊接接头系数 1 封头名义厚度 hn18mm 封头厚度附加量 Ch2mm 鞍座材料名称16MnR 鞍座宽度 b220mm 鞍座包角 120 支座形心至封头切线距离 A509mm 鞍座高度 H250mm 地震烈度 低于低于 7度 太原科技大学过程设备设计 论文 18 内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位太原科技大学太原科技大学 计算条件筒体简图 计算压力 Pc 2 50MPa 设计温度 t 50 00 C 内径 Di 1900 00mm 材料 16MnR 热轧热轧 板材板材 试验温度许用应力 163 00MPa 设计温度许用应力 t 163 00MPa 试验温度下屈服点 s 325 00MPa 钢板负偏差 C1 0 00mm 腐蚀裕量 C2 2 00mm 焊接接头系数 1 00 厚度及重量计算 计算厚度 14 68 P D P ci t c 2 mm 有效厚度 e n C1 C2 16 00mm 名义厚度 n 18 00mm 重量 5789 44Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验液压试验 试验压力值 PT 1 25P 3 7500 或由用户输入 t MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0 90 s 292 50MPa 试验压力下 圆筒的应力 T 224 53 pD Tie e 2 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw 2 72234 2 e t ie D MPa 设计温度下计算应力 t 149 69 PD cie e 2 MPa t 163 00MPa 校核条件 t t 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计 论文 19 左封头计算左封头计算计算单位 太原科技大学太原科技大学 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 2 50MPa 设计温度 t 50 00 C 内径 Di 1900 00mm 曲面高度 hi 500 00mm 材料 16MnR 热轧热轧 板材板材 设计温度许用应力 t 163 00MPa 试验温度许用应力 163 00MPa 钢板负偏差 C1 0 00mm 腐蚀裕量 C2 2 00mm 焊接接头系数 1 00 厚度及重量计算 形状系数 K 0 9350 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 13 68 KP D P ci t c 20 5 mm 有效厚度 e n C1 C2 16 00mm 最小厚度 min 5 70 mm 名义厚度 n 18 00mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 重量 582 37 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw 2 92295 2 0 5 t e ie KD MPa 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计 论文 20 右封头计算右封头计算计算单位 太原科技大学太原科技大学 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 2 50MPa 设计温度 t 50 00 C 内径 Di 1900 00mm 曲面高度 hi 500 00mm 材料 16MnR 热轧热轧 板材板材 设计温度许用应力 t 163 00MPa 试验温度许用应力 163 00MPa 钢板负偏差 C1 0 00mm 腐蚀裕量 C2 2 00mm 焊接接头系数 1 00 厚度及重量计算 形状系数 K 0 9350 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 13 68 KP D P ci t c 20 5 mm 有效厚度 e n C1 C2 16 00mm 最小厚度 min 5 70 mm 名义厚度 n 18 00mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 重量 582 37 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw 2 92295 2 0 5 t e ie KD MPa 结论 合格合格 太原科技大学过程设备设计 论文 21 卧式容器 双鞍座 卧式容器 双鞍座 计算单位太原科技大学太原科技大学 计计 算算 条条 件件 简简 图图 计算压力 pC2 5MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR 热轧热轧 鞍座材料16MnR 圆筒材料常温许用应力 163MPa 圆筒材料设计温度下许用应力 t163MPa 圆筒材料常温屈服点 325MPa 鞍座材料许用应力 sa170MPa 工作时物料密度 O 1000kg m3 液压试验介质密度 T1000 kg m3 圆筒内直径Di1900 mm 圆筒名义厚度 n 18 mm 圆筒厚度附加量 C2mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 hn 18 mm 封头厚度附加量 Ch2mm 两封头切线间距离 L6850mm 鞍座垫板名义厚度 rn10 mm 鞍座垫板有效厚度 re10 mm 鞍座轴向宽度 b220mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A509mm 封头曲面高度 hi500 mm 试验压力 pT3 75MPa 鞍座高度 H250mm 腹板与筋板组合截面积 Asa19480mm2 腹板与筋板组合截面断面系数Zr367704mm3 地震烈度 7 圆筒平均半径 Ra 959mm 物料充装系数 o 0 9 太原科技大学过程设备设计 论文 22 一个鞍座上地脚螺栓个数1 地脚螺栓公称直径0mm 地脚螺栓根径0mm 鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm 地脚螺栓材料 太原科技大学过程设备设计 论文 23 支支 座座 反反 力力 计计 算算 圆筒质量 两切线间 5832 18 snni1 c LDm kg 封头质量 曲面部分 563 467m2 kg 附件质量71 248m3 kg 封头容积 曲面部分 8 97841e 08Vh mm3 容器容积 两切线间 V 2 12174e 10mm3 容器内充液质量 工作时 19095 7 oo Vm4 压力试验时 21217 4mV T4 kg 耐热层质量0m5 kg 总质量 工作时 26126 54321 2mmmmmm 压力试验时 28247 8 5 4321 2mmmmmm kg 单位长度载荷 34 104 36 8737 q mg Lh 4 3 i q m g Lh 4 3 i N mm 支座反力 128174 138584 Fmg 1 2 gmF 2 1 138584 FF F max N 筒筒 体体 弯弯 矩矩 计计 算算 圆筒中间处截 面上的弯矩 工作时 1 405e 08 L A L h LhRLF M 4 3 4 1 21 4 i 22 i 2 a 1 压力试验 1 5191e 08 L A L h LhRLF MT 4 3 4 1 21 4 i 22 i 2 a 1 N m m 支座处横 截面弯矩 操作工况 4 49447e 06 L h AL hR L A AFM 3 4 1 2 1 1 i 2 i 2 a 2 N m m 太原科技大学过程设备设计 论文 24 压力试验工况 4 85947e 06 L h AL hR L A AFMT 3 4 1 2 1 1 i 2 i 2 a 2 太原科技大学过程设备设计 论文 25 系系 数数 计计 算算 K1 0 106611K2 0 192348K3 1 17069 K4 K5 0 760258K6 0 0156516 K6 0 0128655K7 K8 K9 0 203522C4 C5 筒筒 体体 轴轴 向向 应应 力力 计计 算算 77 9627 e 2 a 1aC 2 2 R MRp e 75 8338 e 2 a1 2 e aC 3 2 RK MRp MPa 操作状态 3 04081 ee R MRp 2 a 1aC 1 2 0 505713 e 2 a2 2aC 4 2 RK MRp e MPa 3 28609 e 2 a 1 T1 R MT 0 546782 e 2 a2 2 4 RK MT T MPa 轴向 应力 计算 水压试验状态 115 671 e 2 a 1aT 2 2 R MRp T e T 113 369 e 2 a1 2 e aT 3 2 RK MRp T T MPa 0 00158316 a e 094 0 R A 根据圆筒材料查 GB150 图 6 3 6 10 B 150 005 MPa 许用压缩应力 150 005 B t ac min t 150 005 9 0min ac BReL MPa 应力 校核 163 合格合格 32 t 150 005 合格合格 1 4 t ac 150 005 合格合格 1T 4T ac T2 T3 0 9 s 292 5 合格合格 MPa 时 时 A R m 24 L A 不适用 8 20368 3 4 2 iea 3 hL AL R FK MPa 筒体 和封 头的 切应 力 时 A R m 2 圆筒中 ea 3 R FK 封头中 hea 4 h R FK MPa 太原科技大学过程设备设计 论文 26 太原科技大学过程设备设计 论文 27 封头 椭圆形封头 he ic h 2 DKP 碟形封头 he hc h 2 RMP 半球形封头 he ic h 4 DP MPa 圆筒 封头 0 8 t 130 4 125 t h MPa 应力校核 圆筒 130 4 MPa 合格合格 封头 h h MPa 鞍鞍 座座 处处 圆圆 筒筒 周周 向向 应应 力力 圆筒的有效宽度 424 96 na2 56 1 Rbb mm 在横截面最 低点处 5 5 2 kK F b e MPa L Rm 8 时 6 2 6 2 4 3 2 F b K F ee MPa 无 加 强 圈 圆 筒 无垫 板或 垫板 不起 加强 作用 时 在鞍座 边角处L Rm 8 时 2 e a6 2e 6 12 4 L FRK b F MPa 鞍座垫板宽度 鞍座垫板包角 na 56 1 RbW 12 横截面最低 点处的周向 应力 0 953566 5 5 2 kK F b ereMPa L Rm 8 时 6 2 6 22 4 3 2 F b K F ereere MPa 鞍座边角处 的周向应力 L Rm 8 时 13 3717 6 2 6 22 4 12 F b K FR L ere m ere MPa L Rm 8 时 2 e 6 2e 6 2 3 4 FK b FMPa 垫板 起加 强作 用时 鞍座垫板边 缘处圆筒中 的周向应力 L Rm 8 时 16 7961 2 e m 6 2e 6 12 4 L FRK b FMPa 无 加 强 圈 筒 体 应力校核 5 t 163 合格合格 6 1 25 t 203 75 合格合格 6 1 25 t 203 75 合格合格 MPa 太原科技大学过程设备设计 论文 28 加强圈材料 e mm d mm 加强圈数量 n 个 组合总截面积 A0 mm2 组合截面总惯性矩 I0 mm4 加强圈参数 设计温度下许用应力 R t MPa 在鞍座边角处圆筒的周向应力 0 8 0 74 7 A FK I eFRKC m MPa 有 加 强 圈 圆 筒 加强圈位于 鞍座平面上 在 鞍 座 边 角 处 加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 0 8 0 m75 8 A FK I dFRKC MPa 横横 截截 面面 最最 低低 点点 的的 周周 向向 应应 力力 无垫板时 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 5 5 2 kK F b e 采用垫板时 垫板起加强作用 5 5 2 kK F b ere MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力 0 8 0 m74 7 A FK I eFRKC MPa 加强圈靠近鞍座 在横截上靠近水平中心线处 不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 8 57 0 8 0 C K R dF I K F A m MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用 L Rm 8 时 6 2 6 2 4 3 2 F b K F ee MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用 L Rm 8 时 6 2 6 2 4 12 F b K FR L e m e MPa 采用垫板时 垫板起加强作用 L Rm 8 时 6 2 6 22 4 3 2 F b K F ereere MPa 有 加 强 圈 圆 筒 加 强 圈 靠 近 鞍 座 鞍座边角处点 处的周向应力 采用垫板时 垫板起加强作用 L Rm 8 时 6 2 6 2 4 12 F b K FR L ere m e 2 re MPa 太原科技大学过程设备设计 论文 29 应力校核 5 t 合格合格 6 1 25 t 合格合格 7 1 25 t 8 1 25 tR MPa 鞍鞍 座座 应应 力力 计计 算算 水平分力 28204 8 FKF 9S N 计算高度 250 HRH 3 1 min asmm 鞍座腹板厚度 10 o b mm 鞍座垫板实际宽度 430b4 mm 鞍座垫板有效宽度 424 96 bb b r min 42 mm 腹板水平应力 无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 9 0 F H b S S 垫板起加强作用 4 17873 9 0 F H bb S Srre MPa 腹板水 平应力 应力判断 9 sa 113 333 合格合格 2 3 MPa 由地震水平分力引起的支座强度计算 圆筒中心至基础表面距离 1218Hv mm 轴向力 mgF 1Ev N FfFEv ALA HF Z HF A F EvEv 22 sa V rsa sa MPa FfFEv ALA HF Z HFfF A F EvEv 2 sa V r s sa sa MPa 腹板与 筋板组 合截面 应力 sa 1 2 bt bt Ev bt Anl M 1 00 MPa 拉应力 bt 1 2 bt MPa bt sEv bt An fFF MPa 地脚螺 栓应力 剪应力 bt 0 8 Ko bt MPa FfFf N 41 4378 rsa sa Z HfF A F t MPa 温差引 起的应 力 tsa sa 170 注 带注 带 的材料数据是设计者给定的的材料数据是设计者给定的 太原科技大学过程设备设计 论文 30 开孔补强计算开孔补强计算 计算单位 太原科技大学太原科技大学 接 管 A 32 8计 算 方 法 GB150 1998 等 面 积 补 强 法 单 孔 设 计 条 件简 图 计算压力 pc2 5MPa 设计温度50 壳体型式圆形筒体圆形筒体 壳体材料 名称及类型 16MnR 热轧热轧 板材板材 壳体开孔处焊接接头系数 1 壳体内直径 Di1900mm 壳体开孔处名义厚度 n18mm 壳体厚度负偏差 C10mm 壳体腐蚀裕量 C22mm 壳体材料许用应力 t163MPa 接管实际外伸长度100mm 接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn 热轧热轧 接管焊接接头系数1 名称及类型管材管材 接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称 补强圈外径mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm 补强圈厚度mm 接管厚度负偏差 C1t 1 25mm补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力 t163MPa补强圈许用应力 tMPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度 14 68mm接管计算厚度 t0 093 mm 补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1 开孔直径 d18 5mm补强区有效宽度 B74 5 mm 接管有效外伸长度 h113 6mm接管有效内伸长度 h20 mm 开孔削弱所需的补强面积 A 271 6mm2壳体多余金属面积 A173 74 mm2 接管多余金属面积 A2181 1mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2 A1 A2 A3 290 8 mm2 大于 大于 A 不需另加补强 不需另加补强 补强圈面积 A4mm2A A1 A2 A3 mm2 结论 补强满足要求补强满足要求 不需另加补强 不需另加补强 太原科技大学过程设备设计 论文 31 开孔补强计算开孔补强计算 计算单位 太原科技大学太原科技大学 接 管 B 89 15计 算 方 法 GB150 1998 等 面 积 补 强 法 单 孔 设 计 条 件简 图 计算压力 pc2 5MPa 设计温度50 壳体型式圆形筒体圆形筒体 壳体材料 名称及类型 16MnR 热轧热轧 板材板材 壳体开孔处焊接接头系数 1 壳体内直径 Di1900mm 壳体开孔处名义厚度 n18mm 壳体厚度负偏差 C10mm 壳体腐蚀裕量 C22mm 壳体材料许用应力 t163MPa 接管实际外伸长度150mm 接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn 热轧热轧 接管焊接接头系数1 名称及类型管材管材 接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称 补强圈外径mm 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm 补强圈厚度mm 接管厚度负偏差 C1t 2 125mm补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力 t163MPa补强圈许用应力 tMPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度 14 68mm接管计算厚度 t0 425 mm 补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1 开孔直径 d63 25mm补强区有效宽度 B133 2 mm 接管有效外伸长度 h132 79mm接管有效内伸长度 h20 mm 开孔削弱所需的补强面积 A 928 7mm2壳体多余金属面积 A192 18 mm2 接管多余金属面积 A2816 5mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2 A1 A2 A3 944 7 mm2 大于 大于 A 不需另加补强 不需另加补强 补强圈面积 A4mm2A A1 A2 A3 mm2 结论 补强满足要求补强满足要求 不需另加补强 不需另加补强 太原科技大学过程设备设计 论文 32 开孔补强计算开孔补强计算 计算单位 太原科技大学太原科技大学 接 管 C 480 14计 算 方 法 GB150 1998 等 面 积 补 强 法 单 孔 设 计 条 件简 图 计算压力 pc2 5MPa 设计温度50 壳体型式圆形筒体圆形筒体 壳体材料 名称及类型 16MnR